Si le processus d’autophagie est connu depuis plus de quarante ans, pendant longtemps, sa description était basée sur des observations morphologiques. Dans les 15 dernières années, des cribles génétiques chez S.cerevisiae ont permis l’identification de 25 mutants atg (ou mutants d’autophagie) et de mutants altérant l’ensemble des voies de dégradation vacuolaire (Tsukada et al. 1993). L’ensemble de ces protéines et leurs propriétés sont reprises dans le tableau 5. Il est à noter que la majorité des Atg est mentionnée comme intervenant dans la phase de formation (nucléation, expansion) mais leur fonction moléculaire reste souvent floue.
La quasi-totalité des Atg sont cytoplasmiques et peuvent s’associer periphériquement aux membranes et localiser au PAS, centre organisateur de l’autophagie. Les exceptions, protéines membranaires, seront traitées au paragraphe IV.B.5..
Enfin, à ce niveau, il est important de rappeler que l’autophagie se distingue des autres voies de trafic par l’absence des grandes familles de protéines (RAB, Snares…) et de manteaux entourant la vésicule. La machinerie spécifique à la voie CVT et à la pexophagie sera traitée dans les parties correspondantes (chapitres IV.C.2. et IV.C.3.). Les protéines identifiées chez les eucaryotes supérieurs seront présentées au chapitre IV.B.6.. Beaucoup d’éléments ont déjà été abordés lors du paragraphe précédent, le but de cette partie est donc de se focaliser autour des complexes protéiques intervenant dans l’autophagie sur la base du schéma de la figure 25.
Figure 25 : Machinerie et étapes de la voie CVT et de la voie d’Autophagie
La machinerie intervenant à chaque étape est rassemblée ici. Les protéines ayant des orthologues fonctionnels chez les eucaryotes supérieurs apparaissent soulignées. Les protéines dans des ellipses vertes ne sont requises que pour la voie CVT, celles violettes n’interviennent que dans l’autophagie. 1. Régulation de l’induction. La carence inactive la kinase Tor et l’hypo-phosphorylation de Atg13p qui devient très affin pour Atg1p. Atg1p contrôle la conversion entre voie CVT et autophagie. 2. Empaquetage du Cargo. La plupart des complexes sont communs aux deux voies sauf pour cette étape de « préparation » du complexe CVT où ApeIp organisée en oligomères et Ams1p se lient à leur récepteur Atg19p qui se fixe alors à Atg11p et emmène l’ensemble au PAS où Atg19p interagit avec Atg8p qui participe à la formation de la vésicule. 3. Nucléation de la Vésicule. La kinase à PI3P, Vps34p, fait partie d’un complexe qui génère du PI3P au PAS. 4. Expansion de la Vésicule. Cette étape fait intervenir les deux systèmes de conjugaison « ubiquitin-like » (Ubl). Atg8p est modifiée par la protéase Atg4p puis conjuguée au PE et recrutée au PAS. L’E1 Atg7p est requise pour l’activation des deux Ubl Atg8p et Atg12p. Atg3p et Atg10p sont les E2 respectives. Atg12p se lie alors à Atg5p puis à Atg16p qui s’oligomérise, permettant ainsi la formation d’un complexe multimérique. 5. Recyclage de la machinerie. Les Atg associées périphériquement aux membranes de la vésicule se détachent après sa fermeture. Le sauvetage de Atg9p qui est trans-membranaire requiert l’action de Atg2p et Atg18p. Atg8-PE située à la membrane externe est clivé. 6. Attachement et fusion. La machinerie de fusion de la vésicule CVT et de l’autophagosome avec la vacuole est commune à celle de l’endosome tardif avec la vacuole. 7. Dégradation de la vésicule. La dégradation des corps CVT et d’autophagie fait intervenir la lipase putative Atg15p. D’après (Levine and Klionsky 2004).
79 Protéine S.c. type de protéine rôle étape processus Interaction avec autres
Atg
orthologue mammifère Atg1p kinase à sérine/thréonine cible inconnue induction CVT, PEX, ATG Atg13p, Atg11p, Atg17p ULK1
Atg13p Phosphoprotéine module l'activité de Atg1p Induction ATG Atg1p, Atg17p, Vac8p
Atg2p recyclage de Atg9p Formation CVT, PEX, ATG Atg18p, Atg9p Atg2
Atg3p famille des E2 conjugaison d'Atg8p formation CVT, PEX, ATG Atg7p, Atg8p, Atg12p Atg3
Atg4p protéase à cystéines Modifie Atg8p et Atg8-PE formation CVT, PEX, ATG Atg8p Atg4A et B
Atg5p conjugaison à Atg12p formation CVT, PEX, ATG Atg12p, Atg16p Atg5
Atg6p (Vps30p) complexe de synthèse du PI3P formation CVT, PEX, ATG Atg14p, Vps15p, Vps34p Beclin-1
Atg7p famille des E1 conjugaison d'Atg8p et Atg12p formation CVT, PEX, ATG Atg3p, Atg8p, Atg12p Atg7
Atg8p protéine Ubiquitine-"like" Conjugué au PE, contrôle la taille de l'autophagosome formation CVT, PEX, ATG Atg3p, Atg4p, Atg7p, Atg19p MAP-LC3, GATE16, GABARAP
Atg9p protéine trans-membranaire marqueur des membranes de l'autophagosome formation CVT, PEX, ATG Atg2p, Atg18p, Atg23p Atg9
Atg10p famille des E2 conjugaison d'Atg12p formation CVT, PEX, ATG Atg12p Atg10
Atg11p Protéine à Coiled-coil protéine de transport et organisation du PAS, interagit
avec complexe CVT formation CVT, PEX, (ATG) Atg1p, Atg13p, Apt17p, Atg20p, Atg19p, Vac8p
Atg12p protéine ubiquitine-"like" formation CVT, PEX, ATG Atg3p, Atg5p,Atg7p, Atg10p, Atg16p, Atg17p Atg12
Atg14p complexe de synthèse du PI3P formation CVT, PEX, ATG Atg6p, Vps15p, Vps34p
Atg16p Protéine à Coiled-coil s'associe avec Atg12p–Atg5p formation ATG, PEX Atg5p, Atg12p, Atg16p Atg16L
Atg17p module l'activité d’Atg1p formation ATG Atg1p, Atg13p, Atg11p, Atg12p, Atg24p
Atg18p s'associe au PI3P à la vacuole, recyclage d’Atg9p formation CVT, PEX, ATG Atg2p, Atg9p
Atg19p récepteur des cargos CVT formation CVT Atg8p, Atg11p
Atg20p (Snx42p) nexine s'associe au PI3P formation CVT, PEX Atg24p, Atg17p
Atg21p s'associe au PI3P formation CVT
Atg23p Protéine périphérique de membrane Permet le trafic d’Atg9p de la mitochondrie au PAS formation CVT Atg9p
Atg24p (Snx4p) nexine s'associe au PI3P formation CVT, PEX Atg20p, Atg1p
Atg27p transport d’Atg9p formation CVT, PEX
Tlg1p -Tlg2p vSNARE tSNARE formation CVT
Vps45p homologue de Sec1p formation CVT
Sec12,16,23,24p Facteurs de sécrétion précoce formation ATG
Trs85p Facteur d’attachement formation CVT, PEX, ATG
Vps15p,Vps34p kinases complexe de synthèse du PI3P formation CVT, PEX, ATG Atg14p, Atg6p
VFT complexe d'attachement (Vps51, 52, 53, 54p) requis pour transport d’Atg9p au PAS formation CVT
Vac8p répétition armadillo Marque la jonction nucléo-vacuolaire formation CVT, PEX, ATG Atg13p
Sec17-Sec18p SNAP et NSF ATPase fusion CVT, PEX, ATG SNAP NSF
HOPS complexe d'attachement (Vps11, 16, 18, 33, 39, 41) fusion CVT Vps classeC
Vam3p tSNARE fusion CVT syntaxin
Ypt7p RAB-Ypt-GTPase fusion CVT RAB7
Ccz1p, Mon1p Facteur d’attachement fusion CVT, PEX, ATG
Vam6,Ykt7,Vti1p vSNAREs de vacuole fusion CVT, PEX, ATG
Atg15p Lipase putative Située dans le lumen vacuolaire dégradation CVT, PEX, ATG
Atg22p perméase protéine intégrale de membrane dégradation CVT, PEX, ATG
Pep4p, Prb1p Protéinases A et B dégradation CVT, PEX, ATG
Tableau 5 : Machinerie de l’autophagie et des processus similaires.
S.c. : Saccharomyces cerevisiae ; ( ) : indique que la délétion n’inhibe que partiellement la voie. ATG : autophagie ; CVT : cytoplasme vers vacuole ; PEX : pexophagie. Formation : nucléation et expansion de l’autophagosome. Fusion : de l’autophagosome à la vacuole. Dégradation : du corps d’autophagie.